太陽電池陣：“天宮”的“能量加油站”

本文轉自：光明網

【曬曬咱的國之重器33】

光明日報記者 崔興毅

現如今，我們的生活根本離不開電，出差時沒有移動電源，手機都不敢撒開了用。電能豐富的地面尚且如此，身在太空的“出差三人組”，是如何實現充電自由的呢？要知道，那些飛行器的運轉，可都需要電能供給。

答案藏在飛行器兩邊的巨型翅膀裡。

仔細觀察你會發現，飛行器翅膀上裝有許許多多深色玻璃的小鏡子，每一個小鏡子宛如一座小型太空發電站，經串聯、並聯後組成太陽電池陣，從而獲得較高的電壓和較大的電流，為航天器源源不斷提供能量。

可別小看這些玻璃片，它們的威力可大啦！它們在天上連續工作一天的發電量可抵得上一個家庭約一年的用電量！

“如此大量的用電需求，需要依靠各個飛行器的太陽電池陣齊發力。”中國電科太陽電池陣專家蘇彬介紹，根據每個飛行器的特質按需定製，我國打造了三代各具特色的太陽電池陣。

“比如，神舟系列載人飛船採用了第一代剛性太陽電池陣技術；天舟系列貨運飛船應用了第二代半剛性模組化太陽電池陣技術；空間站核心艙則是我國首次應用第三代柔性太陽電池陣技術。”

這三代電池陣產品各有特色，有的是效能較穩定，有的是發電能力較強，有的則是體積小。不同特性的電池陣組合在一起後，形成一個太陽電池陣，宛如一座巨大的“能量加油站”，可以完全滿足空間站多系統的同時用電需求。

目前最新一代的太陽電池陣是柔性陣，也是最新的明星產品。2021年發射的天和核心艙就採用了這種太陽電池陣，這也是該技術在我國航天工程領域的首次應用。

今年，隨著正在開啟的6次重大發射任務，我國空間站即將完成全面建造。這對整艙的體積、重量，特別是功率提出了更高要求。可“寸土寸金”的核心艙，如何實現“小馬拉大車”？

最新的柔性太陽電池陣便採用了單板厚度不足1mm的單體，整體面積重量較傳統太陽電池陣減少了一半以上。即便已是“纖肢曼體”，科研人員還在絞盡腦汁壓縮。蘇彬介紹：“我們把每塊太陽電池板設計成古代奏章那樣，在空間站發射階段，可以相互摺疊收攏壓緊於收藏箱內，但光電轉換效率卻提高了近20%。”

面積體積壓縮了，發電量會不會降低？

“當然不會！”蘇彬表示，為確保空間站在軌壽命，中國電科研製團隊持續開展高壓柔性太陽電池陣發電試驗，在完成8萬餘次高低溫迴圈試驗後，最終實現太陽電池光電轉換效率突破30%，達到世界先進水平。

“相比之前載人航天任務最長2年的設計壽命，現在空間站在軌的執行時間可延長至15年。”蘇彬介紹，在天和、問天、夢天三艙組合後，柔性太陽電池陣總髮電面積接近400平方米，總共可提供超過100千瓦的電能。

不過，想要電能源源不斷，還得防禦複雜太空環境的危險——

每天在軌飛行的太陽電池陣都要經受十幾次的高低溫迴圈溫度考驗，遭受腐蝕性極強的原子氧侵蝕，接受到會使材料變脆變暗的強紫外線照射等。

怎麼辦？“我們在太陽電池片上設計了石英蓋片，用於減少對太陽光的反射，濾去有害的紫外線，同時提高太陽電池耐受空間帶電粒子輻射損傷的能力，減少太陽電池效能的衰降。”蘇彬介紹，他們還給柔性基板添加了超薄矽橡膠“鎧甲”，順利通過了大劑量的原子氧、高低溫、紫外線等環境考核試驗。

現在，我們的巨能太空發電站，在平均光電轉換效率、發電能力等方面都達到了國際領先水平，即使面對超低軌中複雜的供電環境，也能讓屬於中國的太空之家能量充沛、穩如泰山！